暴雨洪水 极端天气和全球变暖有关联吗？

天涯过客

楼主 天涯过客说：
7月20日，我国河南省遭遇了历史罕见的极端强降雨；此前几天，特大暴雨引发的洪水在西欧造成上百人死亡，成为欧洲本世纪以来最大的自然灾害事件；在美国西海岸，创下历史纪录的高温和持续干旱引发的野火在11个州延烧超过两周，大量浓雾和烟尘向东飘过整个北美大陆，甚至远在东海岸的纽约市空气中都弥漫着大火产生的有害物质。
如果说某地单一极端气候的发生是偶然事件，那么为何近期世界范围内多地自然灾害的频频发生？这和全球变暖之间有无关联？
7月16日，世界气象组织表示，根据一个由顶尖气候科学家组成的国际团队的快速归因分析显示，气候变化是增加极端天气事件频率的重要原因之一，由温室气体排放引起的气候变化使得高温天气发生的可能性至少增加了150倍。
世界气象组织进一步表示，许多单一极端气象事件已经被证明因全球变暖而变得更糟。大量证据表明，人类引起的全球变暖导致全球范围内强降水事件的频率、强度和数量增加。随着大气变暖，其中含有更多的水分，这意味着暴风雨期间会下更多的雨，从而增加了洪水的风险。
德国波茨坦大学海洋物理学教授拉姆斯托夫对记者表示，北美最近创下的高温纪录，若没有全球变暖的关系，几乎不可能发生。
“从全球平均水平来说，每升高1摄氏度，就可能会多降水1%~2%。当下暴雨这种极端天气发生时，会有更多的水分降下来，极端天气会变得更极端，并且更加频繁。
2021年才过去不到7个月，全世界各地的极端天气已经屡见不鲜。
2月中旬，罕见的两次连续冬季风暴使得几乎没有应对寒流经验的美国南部多州大面积停电、引发一系列死亡和车祸事故，至少82人死亡。
3月中旬，澳大利亚新南威尔士州突降特大暴雨，一些地区短时间降雨量接近1000毫米的惊人水平，引发巨大洪水，多处地区进入“重大自然灾害”状态，政府发出19道紧急命令，近2万人被迫疏散。
6月20日，位于北极圈内号称“世界上最冷的村庄”俄罗斯维尔霍扬斯克（Verkhoyansk）小镇最高气温达到了惊人的38℃，同期北欧多国气温也创下历史最高温纪录。
在亚洲，暴雨频频光顾。7月3日，日本静冈县等地连日暴雨引发南部山洪和泥石流，超过20万人撤离，数十人死亡失踪；7月5日，韩国全罗南道连续三日暴雨，海南郡24小时内录得529.5毫米的降雨；7月11日，印度多地降下暴雨后造成山洪、山体垮塌和泥石流；7月12日，突如其来的暴雨袭击了吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦两个中亚国家，至少15人死亡。同一天，暴雨造成的洪水使伦敦的交通网络陷入瘫痪。
引发人们真正开始关注极端天气的来自于西欧的一场特大暴雨引发的灾难。7月14日和15日两天内，西欧多国突然降下一场降雨量相当于往常两个月的特大暴雨。德国政府报告称，暴雨造成至少188人死亡。这场暴雨引发的洪灾使得卢森堡、荷兰和瑞士以及法国东北部部分地区受到严重影响。眼下，暴雨导致的洪水已经抵达乌克兰西部，多条河流出现预计水位超警戒。
当时正在美国访问的德国总理默克尔在讲话中描述称，“找不到任何德语词汇来描述这场恐怖的灾难。”
而在欧洲西部和中部遭受致命洪水袭击的同时，北美本身也被持续的热浪所笼罩。
世界气象组织承认的世界最高温度纪录是发生在2020年8月加州死亡谷的130华氏度（54.4摄氏度）。而根据美国国家气象局在拉斯维加斯观察纪录到的数据，加州死亡谷今年7月9日的气温再次达到了这一高温。
今年6月以来，美国西部和加拿大都受到热浪侵袭。不列颠哥伦比亚省利顿的气温达到最高46.6℃。罕见的热浪造成数十人死亡。
随高温而来的，是一场规模和程度空前的干旱。6月底，墨西哥北部主要农业区达到40度高温，用于农业灌溉的水库濒于枯竭。7月中旬，半个美国都已进入了旱灾影响范围，西部11个州的95%面积处于严重干旱状况，且预计旱情将一直持续到10月。美国事实上正在经历有史以来持续时间最长、规模最大的旱灾。
干旱带来的副作用之一，是我们在过去几年已经不再陌生的山林大火。7月初，美国西部再一次爆发大规模火情，过火面积近5000平方公里，至少存在超过80个主要火场。火情反过来又进一步加剧了高温和干旱，预计当地气温近期将比正常水平高5-8摄氏度，热浪将继续蔓延。
当地时间2021年7月9日，美国加利福尼亚州多伊尔市，森林和消防部门的消防员进行灭火救援。人民视觉 图
是什么原因造成了越来越频繁的极端天气出现？
气象学家们认为，西欧此次长时间暴雨的主要原因，是因为过于温暖的气候导致积雨云中含水量很高，而且运动缓慢，这就形成了暴雨驻留在一处肆虐的现象。而就在不久前，北美西海岸经历了长时间的高温，也是因为高温区运动缓慢所导致。这些现象都是全球变暖之后自然发生的大气流动的改变。
“极端天气（如特大暴雨）和全球变暖之间确实有联系。这基于一个简单的物理原理：温度每升高1摄氏度，空气中可以容纳的最大水蒸气含量就会增加约7%，因此在产生降水之前，空气中会有更多的水分。我们可能会经历一个更长的无雨期，然后遭遇更加猛烈的降水。”比利时布鲁塞尔大学地球系统模型博士研究生姚熠对澎湃新闻介绍说。
德国波茨坦大学海洋物理学教授拉姆斯托夫也表示，美加最近创下的高温纪录，若没有全球变暖的关系，几乎不可能发生。
“气候变化对于极端降水增加的影响目前观测影响还不是很大，因为自然气象变化比全球变暖的影响更大。因此，我们不能说极端降雨是否是全球变暖的结果，但是我们可以说这样的事件由于全球变暖而变得更加频繁是无疑的。
自工业时代以来，地球平均温度已经上升了1.2 摄氏度，这一升温趋势依然在继续。气象学家们一直警告说，长期的高温、干旱和暴雨，会变得越来越频繁。
“极端天气的加剧，归根到底可以说是气候变化加剧了气温和降水模式的变化。因为温室气体不断增多，大气温度在不断升高，蒸发作用就会变快，会从地表把更多水抽到空中，然后经过气象作用，这些水被运到那些要下雨的地方。”世界资源研究所北京代表处的高级数据顾问、全球水道项目主任罗天一对记者解释道。“这样的结果是那些干旱的地方可能会变得更干旱，潮湿的地方变得更潮湿。”
气候灾害成未来常态？
世界各地的极端天气灾害揭示了这样的事实：全球没有完全准备好应对气候变化带来的冲击，同时气候变化带来的灾害谁也没法逃避，即使是如北美及欧洲这些富裕国家。
4月19日，世界气象组织发布的一份报告显示，2020年，极端天气加上新冠疫情给数百万人造成了双重打击。然而，与疫情有关的经济衰退未能抑制住气候变化驱动因素及其不断加速的影响。
报告显示，尽管出现了具有降温作用的拉尼娜事件，2020年仍是有记录以来三个最暖的年份之一。全球平均温度比工业化前（1850-1900 年）的水平约高1.2 摄氏度。自2015年以来的六年是有记录以来最暖的六年。2011-2020年是有记录以来最暖的十年。
据评估，与工业化前相比，即使全球变暖被控制在1.5摄氏度的升幅，一些区域的气候也会发生变化，包括许多区域的极端温度出现暖化。
在上述报告发布之际，联合国秘书长古特雷斯再次强调，“我们没有时间可以浪费了。气候正在变化，其影响已给人类和地球带来了太大的代价。今年是行动之年。各国都需要承诺到2050 年实现净零排放，需要在格拉斯哥联合国气候变化大会之前提交雄心勃勃的国家气候计划，到2030 年共同将全球排放在2010年的水平基础上减少 45%。各国需要立即采取行动， 保护人类免受气候变化的灾难性影响。”
而在罗天一看来，气候变化带来最大的影响就是让极端天气变得更极端。“未来如果我们不做改变的话，会更加频繁地碰到这种事情，我们付出的代价会越来越大。
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天涯过客

沙发 天涯过客说：
7月17日以来，河南省出现了历史罕见的极端强降雨。从17日8时至22日13时，该省中北部累计降雨量达200毫米至400毫米，其中郑州、鹤壁、新乡局地超过900毫米，已有超过10个国家级气象观测站日雨量达到有气象观测记录以来的历史极值。
暴雨事件是多尺度天气系统和宏微观物理过程相互作用的结果，在全球大气科学研究领域是热点也是难点问题。无论对此次河南特大暴雨过程，还是中国其他地区的极端性暴雨天气，要详尽研究其发生原因都需要持久攻关。暴雨的预报也是困扰全球气象界的难题。
郑州国家基本气象站7月20日16时到17时的降水量，几乎占郑州常年总雨量（640.8毫米）的三分之一。这样极端的降雨，危害性极大，出现城镇内涝等气象次生灾害几乎不可避免。
中央气象台首席预报员陈涛介绍，7月17日以来河南强降雨过程累计雨量大、持续时间长、降水区域集中，小时雨强的极端特征也非常明显。其中，201.9毫米超过了中国大陆有气象记录以来小时雨强的极值。
“这样的小时雨强在世界上都是相当极端的。”得知河南暴雨情况，中国气象科学研究院研究员罗亚丽正在一个评审会上，而这个爆炸性新闻迅速成为在场科学家们的新话题。
尽管对预报员和气象科研人员来说，环流形势大体是清晰的：西太平洋副热带高压和大陆高压分别稳定维持，尚处在洋面上的台风“烟花”在向我国靠近的过程中输送丰沛水汽，加之太行山区、伏牛山区特殊地形影响等，但罗亚丽的第一反应还是：“我急切地想知道为什么会这么极端，想更深入地了解具体影响因素。”
气象界关于暴雨的划定，是以24小时总雨量达到或超过50毫米为标准的。但暴雨是在24小时内均匀下完还是在短时间倾盆而下，不仅给公众的观感不同，对社会运行、安全生产等各方面的冲击也不同；暴雨下在日益“增长和扩大”的城市还是脆弱的乡村，也会导致迥然不同的局面。
“从天气角度来讲，特大暴雨不仅要有非常充沛的水汽，要有强烈的垂直上升运动把水汽变成大水滴降落下来，还要有周围多种天气条件与之配合。”1975年8月5日至8日，“7503”号台风穿越福建、江西、湖南后北上，经过湖北，在河南停滞徘徊，导致历史上罕见的特大暴雨洪水--3天内，河南南部地区降下1631毫米的总雨量。暴雨后约一个月，时任中央气象台预报组组长的李泽椿前往河南板桥水库等受灾地区时发现，现场依然惨不忍睹。
多年来，得益于日渐完善的气象观测系统、高分辨率数值模式预报系统的发展以及诸多先进科研成果的业务化应用，我国暴雨研究和预报不断取得进步。但在本质上大气运动的混沌性决定了天气预报必然会有一定程度的误差，同时暴雨因其局地性、突发性和活动规律多变等特点，其形成机制迄今尚未被研究透彻，依然是全世界气象领域的一道难题。更何况要抓住1小时超过200毫米这种极端的暴雨，就是难上加难。
我国预报暴雨的主要手段，是利用数值天气预报模式产品并结合预报员自身的知识经验。近年来，虽然数值天气预报模式分辨率逐步提升，但通常来说，极端事件发生概率非常小。研究发现，尽管有些极端暴雨出现时环流形势整体稳定、清晰，但这其中肯定还有中小尺度对流系统在发生作用，其尺度可能只有一两百公里、生命周期只有几个小时，当前的数值预报模式很难将其“准确清晰地表达”出来。
中国暴雨多发，却很难以一套既定的模板“套用”每一次极端事件，正所谓一种螺丝配一把扳手。
罗亚丽最初研究暴雨，是从安徽一次暴雨事件（2007年7月7-8日）开始的，后来研究拓展到华南暴雨，见识过不同区域多个典型暴雨事件的“参差”--安徽的那场暴雨虽然属于梅雨锋暴雨，靠季风输送了充沛水汽，但在梅雨锋上存在明显的扰动，对暴雨的发生起着很大作用；广东阳江某次暴雨（2013年5月10日），区域站监测到1个小时下了190毫米，但系统小得可怜；2017年广州“5·7”特大暴雨，上岸气流在深夜潜入，风很弱，也没有冷暖空气对峙，数值试验发现其降水之所以极端与城市下垫面关系密切等等。
此次河南极端暴雨虽然尚未深入研究，但可确定其与安徽、广东暴雨不同，“高低纬度环流形势配合，台风尚在洋面上、强度也不弱，水汽输送能力很强，地形如同一个‘锚’一样将上升气流稳定住。”罗亚丽还注意到郑州这座大城市的下垫面的特殊性，“城市是一种相对新的下垫面类型，使得地面热力作用更强，在水汽充足的情况下很可能加强降水，也使得渗水能力降低，对于极端降水更加脆弱。”
中国暴雨的复杂性可见一斑。
我国地域辽阔，不同区域常出现不同类型的暴雨，如华南前汛期暴雨、江淮流域梅雨锋暴雨、西南低涡暴雨、华北低槽和低涡暴雨、东北冷涡暴雨以及沿海台风暴雨等。暴雨频发的地点与夏季风主雨带的位置和维持时间密切相关。如果与相同气候区中的其他国家相比，我国暴雨强度很大，不同时间长度的暴雨极值均很高，在今年郑州站出现极值之前，1小时降水极值是1975年“75·8”暴雨中河南林庄的198.3毫米，24小时降水极值为1963年9月10日台湾地区的1248毫米。这些数值在世界上都是“数得着的”。
当然，还要指出一点--无论多难，暴雨预报都是我国分量最重的“必答题”之一。
李泽椿指出：“暴雨洪涝是我国最常见、最严重的自然灾害之一，对人民群众生命安全、经济社会发展、国家安全等有直接而严重的影响。而且，我国的暴雨灾害遍及大江南北、城市乡村，既有大范围流域性洪涝，也有中小尺度局地暴雨造成的灾害，极端性暴雨天气也是频频出现。”
暴雨研究和预报，一直是我国气象工作者的主攻对象之一。
早在20世纪初期，中国科学家就开始研究中国暴雨，经过近百年发展，在暴雨理论、暴雨分析和预报方面取得重大进展。
比如“75·8”暴雨，尽管当下不少河南百姓并不清楚，但在气象领域它却是被写入各种大事记的“大事件”。中国气象、水文部门从这场及其他空前的大暴雨与大洪水事件中吸取经验教训，从全国层面加强对中国暴雨的研究，在后面的“七五”期间，暴雨研究逐步从天气尺度转向了中尺度，后来暴雨预报由经验定性向定量化方向转变。
攻关暴雨预报难题，最根本的途径就是加强对大气变化的精密监测和提高数值预报的精准度。“数值预报是基础，要在实践中提炼出来科学问题，大胆创新。”李泽椿重申自己对暴雨预报的态度，“我们做预报追求的是三个方面，一是准确，二是及时，三是应用好预报，这就是为人民服务，这就是把论文写在大地上。”
但数值模式的改进既不能一蹴而就，也牵涉对暴雨发生发展机理有待深入认识等诸多问题。罗亚丽说，这个研究过程的艰难很难为外人道。她和团队曾用两年多时间才把广州“5·7”暴雨这一案例研究得比较明白。当然，新的认知也告诉我们：改进模式也并非一味提高分辨率就可以；分辨率越高，对地形等的刻画越精细，对数值模式的算法要求就越高，如果不对算法做调整，模式运行可能就“崩”了。“此外，目前我们的发展方向是对流可分辨的集合预报。”她说，这正在成为新一代数值预报系统的重要部分。
除了数值模式改进和研发客观预报方法之外，对暴雨预报能力精准提升和服务精细的另一个焦点，放在了像陈涛这样长期“钉”在值班室的预报员身上。当然，他们不仅以业务人员的身份存在，同时也是科研人员。
陈涛认为，现阶段专家型预报员需要对暴雨形成过程具备敏锐深邃的洞察力，从海量观测和预报信息中分析预报关键影响系统及其与未来暴雨发生时间、地点和降水量的关联，及早发现天气系统预报偏差，凝练关键预报因子，借助各类现代化预报技术，最终形成对重大暴雨过程的正确预报意见。面对中国暴雨这一科学难题，从气象业务科研部门从业者，再到大气科学研究专家学者，将密切配合，借科技创新发展东风，持续不断地开展攻关。
这些年，李泽椿还很关心面向公众和决策者的科普。防灾减灾离不开气象，老百姓也离不开气象。“希望提高人民群众科学素养，强化决策者的防灾减灾意识和提升能力，更深入了解暴雨预报如何做出、难度在哪儿、风险多大，更好地利用气象预报预警做好各项准备和安排。”他说。
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